动物营养学报 >

2025 , Vol. 37 >Issue 8: 5410 - 5420

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2025.439

研究论文

蚕豆粉对刺参生长、体壁营养成分和肠道菌群结构的影响

  • 田野 , 1, 2 ,
  • 李伟燕 1, 2 ,
  • 刘璇 1, 2 ,
  • 王紫彤 1, 2 ,
  • 范翼辰 1, 2 ,
  • 韩泠姝 1, 2 ,
  • 赵冲 1, 2 ,
  • 常亚青 1, 2 ,
  • 丁君 , 1, 2, *
展开
  • 1 大连海洋大学水产与生命学院,农业农村部北方海水增养殖重点实验室,大连 116023
  • 2 辽宁省北方水产种质资源与遗传育种重点实验室,大连 116023
*丁 君,教授,博士生导师,E-mail:

田 野(2000—),女,辽宁鞍山人,硕士研究生,从事水产动物遗传与育种研究。E-mail:

Copy editor: 菅景颖

收稿日期: 2024-12-08

  网络出版日期: 2025-08-14

基金资助

大连金石湾实验室示范项目(Dljswsf202401)

辽宁省科学技术厅农业重大专项(2023JH1/10200007)

收起

Effects of Faba Bean Powder on Growth, Body Wall Nutritional Composition and Gut Microbiota Structure of Sea Cucumbers (Apostichopus japonicus)

  • TIAN Ye , 1, 2 ,
  • LI Weiyan 1, 2 ,
  • LIU Xuan 1, 2 ,
  • WANG Zitong 1, 2 ,
  • FAN Yichen 1, 2 ,
  • HAN Lingshu 1, 2 ,
  • ZHAO Chong 1, 2 ,
  • CHANG Yaqing 1, 2 ,
  • DING Jun , 1, 2, *
Expand
  • 1 College of Fisheries and Life Science Key Laboratory of Mariculture & Stock Enhancement in North China’s Sea, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China
  • 2 Liaoning Provincial Key Laboratory of Northern Aquatic Germplasm Resources and Genetics and Breeding, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China
*professor, E-mail:

Received date: 2024-12-08

  Online published: 2025-08-14

Fold

摘要

本试验旨在探究蚕豆粉对刺参生长、体壁营养成分和肠道菌群结构的影响。以蚕豆粉分别替代刺参配合饲料的0(对照组)、10%和20%配制试验饲料,饲喂体重为(20.0±0.5) g的刺参,每种试验饲料对应3个水槽,每个水槽放入20头刺参,试验周期60 d。结果显示:1)蚕豆粉替代比例为20%时,刺参的特定生长率(SGR)和增重率(WGR)显著高于对照组(P<0.05),同时还显著高于10%替代组(P<0.05)。2)20%替代组刺参体壁粗蛋白质含量最高,为4.08%,其次是10%替代组,其体壁粗蛋白质含量为4.06%,两者均显著高于对照组(3.67%)(P<0.05);体壁粗脂肪含量以10%替代组最高,为0.80%,显著高于另外2组(P<0.05)。3)3组刺参肠道菌群中的主要优势菌门均为疣微菌门、变形菌门以及拟杆菌门,在蚕豆粉的替代比例达到20%时,刺参肠道菌群中疣微菌门的相对丰度最高,变形菌门的相对丰度最低。由此可见,当以蚕豆粉作为饲料源替代20%的配合饲料时,能够很好地改善刺参的肠道菌群结构,促进其生长。

关键词： 刺参; 蚕豆粉; 生长; 营养成分; 肠道菌群

本文引用格式

田野 , 李伟燕 , 刘璇 , 王紫彤 , 范翼辰 , 韩泠姝 , 赵冲 , 常亚青 , 丁君 . 蚕豆粉对刺参生长、体壁营养成分和肠道菌群结构的影响[J]. 动物营养学报, 2025 , 37(8) : 5410 -5420 . DOI: 10.12418/CJAN2025.439

Abstract

This study was conducted to explore the effects of faba bean powder on the growth, body wall nutritional composition and gut microbiota structure of sea cucumber (Apostichopus japonicus). Faba bean powder was used to replace 0 (control group), 10% and 20% (experimental groups) of the compound feed for sea cucumbers to prepare experimental diets. Each type of experimental diet was corresponding to 3 tanks, and 20 sea cucumbers with body weight of (20.0±0.5) g were put into each tank. The experiment lasted for 60 days. The results showed as follows: 1) when the replacement ratio of faba bean powder was 20%, the specific growth rate (SGR) and weight gain rate (WGR) of sea cucumbers were significantly higher than those of the control group (P<0.05), and also significantly higher than those of the 10% replacement group (P<0.05). 2) The crude protein content of the body wall in the 20% replacement group was the highest, which was 4.08%, followed by the 10% replacement group, which was 4.06%, both significantly higher than the control group (3.67%) (P<0.05); the ether extract content of the body wall was the highest in the 10% replacement group, which was 0.80%, significantly higher than the other two groups (P<0.05). 3) The dominant bacterial phyla in the gut microbiota of all three groups were Verrucomicrobiota, Proteobacteria and Bacteroidota. When the replacement ratio of faba bean powder reached 20%, the relative abundance of Verrucomicrobiota in the gut microbiota of sea cucumbers was the highest, while the relative abundance of Proteobacteria was the lowest. These results suggest that using faba bean powder as a feed source to replace 20% of the compound feed can effectively improve the gut microbiota structure and promote the growth of sea cucumbers.

Key words： Apostichopus japonicus; faba bean powder; growth; nutritional composition; gut microbiota

刺参(Apostichopus japonicus)因其药食同源的特点,位列我国“海产八珍”之首。在自然养殖环境中,刺参的主要食物来源是底泥、底栖硅藻、细菌以及有机碎屑等天然饵料,这些饵料为刺参的生长提供了最基本的营养物质[1]。然而,随着刺参养殖业的快速发展和集约化程度的不断提高,人工养殖环境中刺参对营养物质的需求大幅增加,传统的天然饵料已难以充分满足其生长和代谢的需求[2]。特别是在刺参摄食的旺盛期,加大刺参配合饲料的投入以保证养殖刺参充足的营养需求就显得尤为重要,而且刺参的营养需求较为特殊,其体壁的营养成分与摄入的蛋白质质量密切相关。
刺参配合饲料中的蛋白质来源主要是马尾藻和鼠尾藻,两者在刺参配合饲料中的占比高达40%以上,是刺参配合饲料中重要的原料。随着刺参养殖业的快速发展,马尾藻和鼠尾藻资源量迅速下降,导致其价格上涨,严重影响刺参苗种和养殖产业的发展[3]。因此,为了解决刺参配合饲料中原料短缺的问题,有学者选用石莼(Ulva lactuca)[4]、浒苔(Enteromorpha prolifera)[5]、海带(Laminaria japonica)[6]等大型海洋藻类替代刺参配合饲料中的植物性蛋白,探讨其对刺参生长性能的影响。但是,相比于海洋性植物蛋白的替代方案,陆生植物作为原料替代配合饲料的方案显得更为简便。有研究表明,使用玉米[7]、大叶菜(Selaginella doederleinii Hieron)[8]等陆生植物作为原料替代刺参配合饲料中的藻粉能够对刺参的生长起到促进作用。大型藻类是刺参配合饲料中的主体原料,因此,采用陆生植物直接替代等比例的成品配合饲料,同样能够实现预期效果。
蚕豆(Vicia faba)是一种营养价值较高的农业作物,我国蚕豆种植面积约占全球蚕豆种植面积的1/3[9-10]。作为一种高蛋白质、低成本的植物性饲料来源,蚕豆近年来在水产养殖饲料研发中得到了越来越广泛的应用[11]。在水产养殖饲料的开发过程中,蚕豆不仅可以作为基础饲料直接使用,用来提升草鱼(Ctenopharyngodon idella)体内的胶原蛋白含量和改善其肌肉品质[12],还能够作为水产养殖饲料中动物性蛋白的替代产品以此来降低养殖成本。相关研究表明,在罗非鱼(Oreochromis niloticus)[11]和鲤鱼(Cyprinus carpio)[13]的饲料中添加10%~20%的蚕豆粉时,并不会对罗非鱼和鲤鱼的生长性能、饲料转化率以及健康状况产生不利影响。不仅如此,蚕豆粉还可以作为植物性蛋白源替代虾类饲料中的部分鱼粉来降低饲料成本[14]。除了提供高质量的植物性蛋白外,蚕豆粉中含有的可溶性纤维能够促进动物肠道菌群的平衡,以此来改善水产动物的肠道菌群结构[15]。
因此,本试验以刺参为研究对象,研究在成品配合饲料中添加不同比例的蚕豆粉对刺参生长、体壁营养成分和肠道菌群结构的影响,以进一步验证蚕豆粉作为刺参饲料中植物性蛋白的可能性,以期为陆生植物作为刺参饲料原料的选择提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用刺参购自大连市瓦房店地区。试验用配合饲料为烟台蓬安源海洋食品有限公司生产的稚参配合饲料(其主要原料组成为海带、扇贝、鼠尾藻、马尾藻、海青菜等;基本营养成分含量为粗蛋白质11%、粗脂肪<4%、粗灰分<60%)。试验用蚕豆粉为蚕豆晾干后制成干粉,过200目筛网所得,蚕豆粉的基本营养成分含量为粗蛋白质24.2%、粗脂肪2.2%、粗灰分4.4%。

1.2 试验设计

以蚕豆粉分别替代配合饲料的0(T0组,作为对照组)、10%(T10组)和20%(T20组)配制试验饲料,其组成及营养水平见表1。将配合饲料与蚕豆粉按预设比例混合,充分搅拌均匀后,使用100目筛网过筛,最终获得均匀的粉末状试验饲料。试验参于大连海洋大学农业农村部北方海水增养殖重点实验室的500 L流水槽中暂养7 d,水温控制在17~19 ℃,盐度为31~33,溶解氧浓度保持在6 mg/L左右,每天晚间投喂1次,每2 d换水1/2。正式试验开始前停食2 d,测量空腹重后,挑选发育良好、体型匀称的健康刺参180头,体重在(20.0±0.5) g,随机分配至9个40 L的方形塑料水槽中,每个水槽放入20头刺参。将9个水槽按照试验饲料对应分为3组,每组分配3个水槽。试验开始后每天18:00投喂1次,试验饲料和海泥1∶3混合投喂,投喂量为刺参体重的4%,投喂后24 h进行吸底处理,每2 d换水1/2,每隔7 d进行1次全量换水,水质条件与暂养期间保持一致,维持水质稳定,养殖周期60 d。
表1 试验饲料组成及营养水平(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) %

项目
Items		 组别Groups
T0 T10 T20
配合饲料Compound feed 100.00 90.00 80.00
蚕豆粉Faba bean powder 10.00 20.00
合计Total 100.00 100.00 100.00
营养水平Nutrient levels
粗蛋白质CP 11.36 12.30 13.60
粗脂肪EE 3.84 3.80 3.70
粗灰分Ash 58.04 57.20 54.40

营养水平均为实测值。

Nutrient levels are measured values.

1.3 测定指标及方法

1.3.1 生长性状

试验开始前测定刺参初始体重,试验结束后刺参停食2 d测定终末体重;每组取6只刺参进行解剖,称量体重、体壁重量和肠道重量,并将体壁和肠道样品放置于-80 ℃冰箱保存,以便进行后续指标的测定。使用以下公式计算各组刺参的特定生长率(SGR)、增重率(WGR)、出皮率(SYR)以及肠道与体壁比值(IBR)。

SGR(%/d)=[(lnWt-lnW0)/T]×100;

WGR(%)=[(Wt-W0)/W0]×100;

SYR(%)=(WW/Wt)×100;

IBR(%)=(Wi/WW)×100。

式中:Wt为终末体重(g);W0为初始体重(g);Wi为肠道重量(g);WW为体壁重量(g);T为养殖时间(d)。

1.3.2 饲料和刺参体壁中营养成分

采用105 ℃恒重法(GB/T 6435—2014)测定水分含量;采用550 ℃马弗炉灼烧法(GB/T 6438—2007)测定粗灰分含量;采用凯氏定氮法(GB/T 6432—2018)测定粗蛋白质含量;采用索氏抽提法(GB/T 6433—2006)测定粗脂肪含量;采用苯酚-硫酸法(GB/T 9695.31—2008)测定总糖含量。

1.3.3 体壁组织结构

首先将新鲜的刺参体壁样品切割成小组织块,随后将其放入电镜固定液中,在室温下固定2 h之后,将样品转移到4 ℃的冰箱中进行保存,保存期间防止样品发生冷冻结冰。将试验样品从4 ℃冰箱取出后,放置于1%锇酸溶液中避光固定1~2 h,接着用0.1 mmol/L的磷酸盐缓冲液(PBS,pH 7.4)漂洗3次,每次漂洗15 min;接下来,将样品分别放入30%、50%、70%、80%、90%、95%和100%的乙醇中浸泡,每个浓度处理15 min;随后,样品在乙酸异戊酯中脱水15 min,之后置于临界点干燥仪(Quorum,英国)内进行干燥处理。干燥后的样品紧贴在导电碳膜双面胶上,置于离子溅射仪(Hitachi,日本)的样品台上喷金处理约30 s;最后,将喷金后的样品置于在扫描电子显微镜(Hitachi,日本)下进行观察并拍照。

1.3.4 肠道菌群结构

1.3.4.1 菌群DNA提取

选用OMEG试剂盒[E.Z.N.A bacterial Mag-Bind Soil DNA Kit,OMEGA,生工生物工程(上海)股份有限公司]提取刺参肠道菌群样品总DNA,利用NanoDrop 2000超微量分光光度计(Thermo,美国)测定提取DNA的浓度及纯度,并通过质量分数1%的琼脂糖凝胶电泳检测DNA完整性。选取浓度高、纯度佳且完整性良好的DNA样品进行后续测序分析[16]。

1.3.4.2 PCR扩增与高通量测序

采用细菌16S rRNA基因V3~V4片段的引物对341F(5’-CCTACGGGNGGCWGCAG-3’)和805R(5’-GACTACHVGGGTATCTAAT-3’)作为扩增引物进行PCR扩增。为确保扩增的高效性和准确性,采用Phusion® High-Fidelity PCR Master Mix with GC Buffer(New England Biolabs)及高效高保真酶(New England Biolabs)进行反应。随后,利用TruSeq® DNA PCR-Free Sample Preparation Kit建库试剂盒[生工生物工程(上海)股份有限公司]进行文库构建。构建完成的文库通过Qubit定量检测进行质量评估,确认文库质量合格后,采用NovaSeq 6000测序平台进行高通量测序分析。
用FASTP v0.23.2对Illumina平台的原始数据进行质量控制:去除未知核苷酸(N)≥10%及phred质量评分≤20的碱基占比≥50%的reads,并剔除含接头的reads,获得clean tags。参照QIIME流程,采用UCHIME算法进行嵌合体检测,过滤后得到effective tags用于后续分析。选取丰度最高的tag序列作为每个操作分类单元(operational taxonomic units,OTU)的代表序列。以97%阈值使用Usearch软件进行OTU聚类。物种分类采用RDPclassifier软件,阈值为0.8,低于该阈值的分类汇总结果归为Unclassified类。使用Mothur软件进行肠道菌群多样性分析。

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析,并对方差分析显著的指标采用Duncan氏法进行组间多重比较,显著水平为P<0.05。试验数据用平均值±标准差表示。

2 结果

2.1 蚕豆粉对刺参生长性状的影响

由表2可知,随着蚕豆粉替代配合饲料比例的增加,刺参的SGR、WGR和IBR均呈现出显著增加(P<0.05)。T10组的SGR、WGR、IBR显著高于T0组(P<0.05);T20组的SGR、WGR、IBR显著高于T0组和T10组(P<0.05)。在SYR方面,T10组最低,仅为53.85%;而T0组和T20组的SYR分别为56.71%和55.75%,两者均显著高于T10组(P<0.05)。
表2 蚕豆粉对刺参生长性状的影响

Table 2 Effects of faba bean powder on growth traits of Apostichopus japonicus

项目
Items		 组别Groups
T0 T10 T20
特定生长率SGR/(%/d) 0.54±0.01c 0.80±0.03b 0.88±0.03a
增重率WGR/% 37.93±1.05c 61.59±2.10b 69.65±1.63a
出皮率SYR/% 56.71±1.22a 53.85±1.66b 55.75±1.58a
肠道与体壁比值IBR/% 4.11±0.23c 6.59±0.26b 7.21±0.34a

同行数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。表3和表5同。

In the same row, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as Table 3 and Table 5.

2.2 蚕豆粉对刺参体壁营养成分的影响

由表3可知,刺参体壁的水分含量3组间差异不显著(P>0.05);T10组和T20组刺参体壁的粗蛋白质含量相近,均显著高于T0组(P<0.05);刺参体壁的粗脂肪含量以T10组的最高,显著高于T0组和T20组(P<0.05),T0组和T20组相近(P>0.05);3组刺参体壁的粗灰分含量维持在2.47%~2.53%,差异不显著(P>0.05);T10组刺参体壁的总糖含量显著高于T0组和T20组(P<0.05)。
表3 蚕豆粉对刺参体壁营养成分的影响

Table 3 Effects of faba bean powder on nutritional composition of Apostichopus japonicus body wall %

项目
Items		 组别Groups
T0 T10 T20
水分Moisture 91.04±0.05 90.63±0.40 90.52±0.44
粗蛋白质CP 3.67±0.08b 4.06±0.10a 4.08±0.04a
粗脂肪EE 0.70±0.00b 0.80±0.00a 0.67±0.06b
粗灰分Ash 2.47±0.21 2.53±0.06 2.50±0.20
总糖TS 0.59±0.01b 0.65±0.02a 0.60±0.02b

2.3 蚕豆粉对刺参体壁组织结构的影响

胶原蛋白纤维在刺参体壁中占据着重要地位,是构成刺参体壁的主要成分。运用扫描电子显微镜观察刺参体壁中胶原蛋白的结构变化,如图1所示。新鲜刺参体壁中的胶原纤维较为致密修长,整体分布均匀,结构较为完整有序。在电镜倍数为1 000倍时,T0组(图1-a)胶原纤维结构排列较为整齐,方向基本一致,但纤维簇之间存在较大间隙;用蚕豆粉替代部分配合饲料后,T10组(图1-b)和T20组(图1-c)胶原纤维结构排列开始出现杂乱的现象,其中T20组变化最为明显,胶原纤维整体出现卷曲盘旋的现象,但相比于T0组,T10组和T20组胶原蛋白纤维之间的空隙较少,排列更为紧密。在电镜倍数放大到30 000倍时,T0组(图1-d)胶原纤维呈现规律排列,粗细分布较为均匀,质地紧密;用蚕豆粉替代部分配合饲料后,T10组(图1-e)胶原纤维排列较为紊乱分散,胶原线条与对照组相比变得纤细,而T20组(图1-f)的紊乱程度最为明显,胶原纤维呈现卷曲状聚集,周围介质显得更为空洞。
图1 各组刺参体壁扫描电镜图

图a、b、c分别为T0组、T10组、T20组的放大1 000倍的扫描电镜图,图d、e、f分别为T0组、T10组、T20组的放大30 000倍的扫描电镜图。

Fig.1 SEM images of Apostichopus japonicus body wall of different groups

Figures a, b and c are the 1 000× magnification scanning electron microscope (SEM) images of the T0, T10 and T20 groups, respectively, figures d, e and f are the 30 000× magnification SEM images of the T0, T10 and T20 groups, respectively.

2.4 蚕豆粉对刺参肠道菌群结构的影响

2.4.1 蚕豆粉对刺参肠道菌群多样性的影响

刺参肠道样品测得的原始序列数为57 619~99 856条,经筛选获得有效序列数为57 158~98 416,序列有效率(覆盖率)均高于98.2%,分别可划分为280(T0组)、351(T10组)、102个(T20组)OTU(表4)。肠道菌群Venn图(图2)显示,T10组的特有OTU数目最多,其次是T0组,最少的是T20组。肠道菌群α多样性指数结果(表5)显示,T20组的Shannon指数、Simpson指数和Ace指数显著低于另外2组(P<0.05)。
表4 刺参肠道菌群高通量测序结果

Table 4 High-throughput sequencing results of gut microbiota in Apostichopus japonicus

项目
Items		 组别Groups
T0 T10 T20
OTU数目OTU number/个 280 351 102
原始序列数Original sequence number/条 69 786 99 856 57 619
有效序列数Effective sequence number/条 68 530 98 416 57 158
覆盖率Coverage/% 98.2 98.6 99.2
图2 刺参肠道菌群Venn图

Fig.2 Venn diagram of gut microbiota in Apostichopus japonicus

表5 刺参肠道菌群α多样性指数

Table 5 α diversity indexes of gut microbiota in Apostichopus japonicus

项目
Items		 组别Groups
T0 T10 T20
Shannon指数Shannon index 3.63±0.50a 3.78±0.33a 1.39±0.22b
Simpson指数Simpson index 0.73±0.05a 0.84±0.12a 0.26±0.02b
Chao指数Chao index 100.00±34.07b 212.52±49.00a 50.67±12.59b
Ace指数Ace index 200.23±34.05a 208.63±50.81a 51.10±12.70b

2.5 蚕豆粉对刺参肠道菌群组成的影响

基于门水平的菌群组成(图3)显示,各组刺参肠道菌群的最大优势菌门均为疣微菌门(Verrucomicrobiota),相对丰度都达到了55%以上,并且随着试验饲料中蚕豆粉比例的增加,疣微菌门的相对丰度在不断增长,T20组疣微菌门的相对丰度更是达到了85%以上;排名第2的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),随着试验饲料中蚕豆粉比例的增加,变形菌门的相对丰度在不断下降,以T0组的相对丰度最高,为26.38%,其次是T10组,相对丰度为19.36%,最后是T20组,相对丰度为6.13%;排名第3的优势菌门为拟杆菌门(Bacteroidota),以T10组的相对丰度最高,为17.56%,T20组的相对丰度最低,为4.92%;除此之外,各组刺参肠道中还含有弯曲菌门(Campylobacterota)、浮霉菌门(Planctomycetota)等优势菌门。
图3 刺参肠道菌群在门水平上的组成

Fig.3 Composition of gut microbiota of Apostichopus japonicus at phylum level

基于属水平的菌群组成(图4)显示,无论是对照组还是试验组,刺参肠道菌群中占据最主要位置的优势菌属均为桃色杆菌属(Persicirhabdus),而且随着试验饲料中蚕豆粉比例的增加,桃色杆菌属的相对丰度也在增大,T0组最低,为49.16%,之后是T10组,为51.13%,T20组最高,为78.4%;第二优势菌属为烂泥杆菌属(Lutibacter),以T10组的相对丰度最高,为14.39%,T20组的相对丰度最低,仅为4.42%;相对丰度较高的菌属还有Rubritalea,T10和T20组的相对丰度相近,分别为5.4%和5.3%,而T0组的相对丰度较低,仅占比3%左右;除此之外,爆发菌属(Blastomonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)以及根瘤菌属(Rhizobium)都是T0组刺参肠道菌群中所特有的菌属。
图4 刺参肠道菌群在属水平上的组成

Fig.4 Composition of gut microbiota of Apostichopus japonicus at genus level

3 讨论

3.1 蚕豆粉对刺参生长的影响

蚕豆作为仅次于大豆的优质陆生植物蛋白来源,正逐渐成为可持续的植物蛋白选择。除了富含维生素和多种必需氨基酸外,蚕豆还含有多种有益于健康的生物活性成分,如生物活性肽、酚类化合物、γ-氨基丁酸(GABA)和左旋多巴(L-DOPA)。这些成分在抗氧化、调节代谢、改善神经功能等方面表现出显著的促进作用,进一步提升了蚕豆在食品和饲料领域的应用潜力[10]。本研究结果表明,添加蚕豆粉的试验组刺参的SGR和WGR均显著高于对照组,说明蚕豆粉作为饲料源对刺参进行投喂是有利的,其中刺参试验饲料中蚕豆粉的替代比例达到20%时,刺参的生长速率最高。同样的,在海洋鱼类鲑鱼(Salmo salar)的饲料中添加20%的蚕豆也有同样的试验结果[17]。蚕豆作为饲料,因其高蛋白质、高纤维、丰富矿物质和抗氧化成分的特点,能显著促进动物的生长,改善消化系统和肠道健康,提高饲料的转化率,最终提高动物的生长性能;并且,蚕豆粉替代部分配合饲料弥补了蚕豆中营养不均衡的问题,其相应的搭配还能削弱蚕豆中抗营养因子效果,进而提高养殖动物的生长状态[18]。不仅如此,当蚕豆粉的替代比例达到20%时,刺参IBR最高且显著高于另外2组。刺参IBR是评估其营养吸收效率和生长状态的重要指标,其变化能够直观反映饲料对刺参消化功能和生长性能的影响。本研究中,添加蚕豆粉的2个试验组刺参IBR显著升高,可能与蚕豆粉中植物性成分的生理作用密切相关。蚕豆粉中的膳食纤维及其他植物性成分可能通过刺激作用,促进肠道内壁的增厚及细胞增生,从而导致肠道组织的生长和重量增加;此外,可溶性植物纤维的摄入可能进一步激活肠道细胞的代谢活性,增强肠道的消化吸收功能,进而促进刺参的生长[19-20]。综上所述,将蚕豆粉作为饲料原料以20%的比例替代刺参配合饲料对刺参的生长是更加有益的。

3.2 蚕豆粉对刺参体壁营养成分的影响

刺参作为我国最有价值的海水养殖品种之一,具有高蛋白质、低脂肪的特点,而刺参体壁中的蛋白质和脂肪含量也决定了其最终的营养价值[21]。本试验结果显示,当蚕豆粉对刺参配合饲料的替代比例为20%时,刺参体壁中粗脂肪的含量最低。这可能是因为蚕豆粉中的粗脂肪含量低于刺参传统配合饲料中的粗脂肪含量,而蚕豆粉的添加改变了试验饲料中的脂肪与蛋白质比例,这种变化直接影响到了刺参体内的营养代谢,从而减少了脂肪沉积[17]。氨基酸作为蛋白质的基本构成单位,其种类和含量是评价食物营养价值的重要指标,会影响肌肉的风味和口味。在本试验中,含20%蚕豆的试验饲料喂养的刺参体壁粗蛋白质含量最高,且显著高于对照组,不仅如此,在相关研究中,蚕豆饲料还能够显著提高草鱼肌肉中总氨基酸的含量[22]。这可能是因为蚕豆中的某些营养物质对氨基酸的代谢途径产生了直接影响,使得氨基酸的含量发生了正向调节,从而导致粗蛋白质含量增加[18]。在扫描电镜图中发现,与对照组相比,试验组胶原纤维呈现弯曲盘旋的现象。胶原蛋白作为刺参体壁中最主要的结构性物质,与刺参的生理生长有着密不可分的关系。有研究表明,在使用蚕豆作为饲料成分时,如果某些必需氨基酸(如脯氨酸)的供应不足,会造成机体合成胶原蛋白的能力下降以及影响胶原蛋白结构的完整性[23-24]。因此,在刺参配合饲料的原料选择中,依赖蚕豆作为蛋白质源可能会对刺参胶原蛋白的合成产生一定的负面影响,尤其是在纤维结构的形成和稳定性方面。综上所述,蚕豆粉以20%的比例替代刺参配合饲料时,能够有效降低饲料的粗脂肪含量,提高粗蛋白质含量,但在实际应用中,应综合考虑营养平衡与原料之间的搭配关系,以确保刺参的生理生长与体壁结构的稳定性。

3.3 蚕豆粉对刺参肠道菌群结构的影响

生物的生理生长、免疫调节、能量平衡等重要生理指标都与其肠道内的微生物组成有着密不可分的关系[16]。刺参因为缺乏专门的咀嚼器和化学消化器官,导致其消化能力的大小高度依赖于自身的肠道菌群[25-26]。在本研究中,蚕豆粉替代不同比例的配合饲料,使刺参肠道菌群结构出现了明显的变化。
16S rRNA基因序列的鉴定结果显示,3组不同饲料喂养下的刺参肠道菌群大部分隶属于疣微菌门、变形菌门和拟杆菌门,三者相对丰度之和均达到了95%以上。特别是疣微菌门,在蚕豆粉替代20%配合饲料时其在刺参肠道菌群中的相对丰度最大,且与另外2组相比,变形菌门的相对丰度出现下降。在自然界中疣微菌门的分布范围极为广泛,不仅在土壤、海洋中的占比十分庞大,甚至在生物的肠道组织和血液中也有发现[27-29]。有研究显示,阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila)隶属于疣微菌门,其在肠道组织中的能够提高宿主的能量转化效率,改善肠道菌群平衡[30]。不仅如此,凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)肠道内疣微菌门相对丰度的减少能够直接影响其摄食活性[31]。这与本研究中刺参在蚕豆粉的替代比例达到20%时生长速率最快的研究结果相一致,表明刺参肠道中疣微菌门的相对丰度可能与生长之间呈现一定的正相关关系,对刺参生长具有促进作用。变形菌门和拟杆菌门作为刺参肠道菌群的主要优势菌群,在任何养殖环境下都能显著存在[32]。变形菌门作为革兰氏阴性菌可以反映水产养殖生物的健康状况,肠道中变形菌门相对丰度的增加会提升疾病发生的潜在风险[33]。靳雅琦等[34]研究发现,经过蚕豆喂养的草鱼,其肠道菌群中变形菌门的相对丰度会显著降低,这与本研究中刺参肠道菌群中变形菌门的相对丰度随着蚕豆粉的替代比例的增加呈现出下降趋势的结果相同,其中变形菌门下的不动杆菌属相对丰度下降的尤为明显,不动杆菌属一般广泛分布于水体和土壤之中,致病力能力较弱,只有当机体免疫能力下降或者机体受损的时候才会诱发相应的炎症[35]。在水产养殖案例中,异育银鲫(Carassius auratus gibelio)[36]、线鳢(Channa striata)[37]、锦鲤[38]等都有过相应的不动杆菌作为致病菌的病害报道。此外,投喂添加蚕豆饲料的试验组刺参肠道内拟杆菌门的相对丰度明显高于没有添加蚕豆粉的对照组。而拟杆菌门可以直接参与到宿主体内的营养物质代谢,主动帮助宿主降解蛋白质和难以消化的植物多糖等多种营养物质,为宿主提供能量,对机体的生长发育起着相对积极的作用[39]。作为刺参肠道菌群中变化较为明显的烂泥杆菌属,已被证实具有降解高分子多糖的能力[40-41]。虽然在本研究中,当饲料中蚕豆粉的比例达到20%时,刺参肠道菌群多样性有所下降,但整体来看对刺参的生理生长并无显著影响。综上所述,当刺参饲料中蚕豆粉的比例达到20%时,其肠道菌群结构中的有益菌占比更高,与对照组相比更能提升刺参对营养物质的吸收能力,从而促进刺参生长。

4 结论

本研究结果表明,蚕豆粉替代一定比例的配合饲料有助于刺参生长,尤其是在蚕豆粉替代比例为20%时,刺参的SGR和WGR达到最高;此外,蚕豆粉替代一定比例的配合饲料还能改善刺参体壁的营养成分,尤其是粗蛋白质含量,且减少了脂肪沉积。尽管蚕豆粉替代部分配合饲料导致体壁中胶原蛋白结构出现一定变化,但其有益的营养效果仍然突出。在肠道菌群方面,蚕豆粉的添加提高了有益菌(如疣微菌门和拟杆菌门)的相对丰度,改善了刺参的消化吸收功能,并有效降低了病原菌的相对丰度,进一步促进刺参的健康生长。综上所述,在本试验条件下,蚕豆粉替代20%的配合饲料可增加刺参肠道菌群中疣微菌门和拟杆菌门等有益菌的相对丰度,同时降低病原菌的相对丰度,能够有效促进其生长、提高营养价值,具有较好的应用潜力。

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